Insulin regulates human pancreatic endocrine cell differentiation in vitro

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Perla Cota - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Technische Universität München (Autor:in)
  • Özüm Sehnaz Caliskan - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Aimée Bastidas-Ponce - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Changying Jing - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Jessica Jaki - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Lama Saber - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Technische Universität München (Autor:in)
  • Oliver Czarnecki - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Technische Universität München (Autor:in)
  • Damla Taskin - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Anna Karolina Blöchinger - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Thomas Kurth - , Core Facility Elektronenmikroskopie & Histologie (Autor:in)
  • Michael Sterr - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Ingo Burtscher - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Natalie Krahmer - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Heiko Lickert - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Technische Universität München (Autor:in)
  • Mostafa Bakhti - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)

Abstract

OBJECTIVE: The consequences of mutations in genes associated with monogenic forms of diabetes on human pancreas development cannot be studied in a time-resolved fashion in vivo. More specifically, if recessive mutations in the insulin gene influence human pancreatic endocrine lineage formation is still an unresolved question.

METHODS: To model the extremely reduced insulin levels in patients with recessive insulin gene mutations, we generated a novel knock-in H2B-Cherry reporter human induced pluripotent stem cell (iPSC) line expressing no insulin upon differentiation to stem cell-derived (SC-) β cells in vitro. Differentiation of iPSCs into the pancreatic and endocrine lineage, combined with immunostaining, Western blotting and proteomics analysis phenotypically characterized the insulin gene deficiency in SC-islets. Furthermore, we leveraged FACS analysis and confocal microscopy to explore the impact of insulin shortage on human endocrine cell induction, composition, differentiation and proliferation.

RESULTS: Interestingly, insulin-deficient SC-islets exhibited low insulin receptor (IR) signaling when stimulated with glucose but displayed increased IR sensitivity upon treatment with exogenous insulin. Furthermore, insulin shortage did not alter neurogenin-3 (NGN3)-mediated endocrine lineage induction. Nevertheless, lack of insulin skewed the SC-islet cell composition with an increased number in SC-β cell formation at the expense of SC-α cells. Finally, insulin deficiency reduced the rate of SC-β cell proliferation but had no impact on the expansion of SC-α cells.

CONCLUSIONS: Using iPSC disease modelling, we provide first evidence of insulin function in human pancreatic endocrine lineage formation. These findings help to better understand the phenotypic impact of recessive insulin gene mutations during pancreas development and shed light on insulin gene function beside its physiological role in blood glucose regulation.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer101853
FachzeitschriftMolecular metabolism
Jahrgang79
PublikationsstatusVeröffentlicht - Jan. 2024
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMedCentral PMC10765254
Scopus 85181078440
ORCID /0000-0001-5624-1717/work/186620151

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • Cell Differentiation/genetics, Endocrine Cells/metabolism, Humans, Induced Pluripotent Stem Cells/metabolism, Insulin, Regular, Human/metabolism, Insulin/metabolism, Pancreas/metabolism